獲得諾貝爾獎(jiǎng)的多能干細(xì)胞技術(shù)離臨床應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

       2012年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了英國(guó)科學(xué)家John B. Gurdon先生和日本科學(xué)家Shinya Yamanaka博士，表彰他們將成熟細(xì)胞重新編程，轉(zhuǎn)化為可以分化為多種細(xì)胞類型的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）方面的突破性研究。自從在2006年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，iPSC被譽(yù)為能夠?yàn)樵偕葬t(yī)藥帶來(lái)革命的發(fā)現(xiàn)。12年已經(jīng)過(guò)去了，它們的研究進(jìn)展到了那個(gè)階段呢？

       iPSC的最初臨床試驗(yàn)

       在2018年10月的一項(xiàng)外科手術(shù)中，京都大學(xué)（Kyoto University）的神經(jīng)外科醫(yī)生將240萬(wàn)細(xì)胞移植到一名帕金森病（PD）患者的大腦中。這些細(xì)胞是由匿名捐獻(xiàn)者的外周血細(xì)胞重新編程成為iPSC，然后再分化生成的多巴胺能前體細(xì)胞。研究人員希望它們能夠提高多巴胺水平，緩解患者的癥狀。

       這項(xiàng)手術(shù)是臨床醫(yī)生們檢測(cè)iPSC能否用于治療疾病的最新嘗試。近幾年來(lái)，日本的科學(xué)家們啟動(dòng)了幾項(xiàng)臨床研究，檢驗(yàn)它們?cè)谥委熜呐K疾病和視網(wǎng)膜黃斑變性方面的功效。而世界其它地方的研究人員在探索將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)化為治療從子宮內(nèi)膜異位到脊髓損傷等一系列疾病的療法。這些臨床研究的啟動(dòng)給人們帶來(lái)希望，這項(xiàng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)終將開(kāi)花結(jié)果，為患者帶來(lái)創(chuàng)新療法。

       “我很高興他們?cè)噲D將這項(xiàng)技術(shù)推入臨床期，因?yàn)閕PSC領(lǐng)域需要證明這些細(xì)胞具備成為再生性療法的潛力。”伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的Jalees Rehman博士說(shuō)。然而，將這一技術(shù)推入臨床的過(guò)程也暴露出開(kāi)發(fā)療法時(shí)需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。

       目前，只有少數(shù)患者接受了基于iPSC的治療。在2014年，一名患有黃斑變性的女性接受了從iPSC分化的視網(wǎng)膜細(xì)胞的移植，這些iPSC來(lái)自于她自身的細(xì)胞。雖然她的視力沒(méi)有因?yàn)檫@一治療得到顯著改善，但是“iPSC分化細(xì)胞的安全性得到了確認(rèn)”，京都大學(xué)的Jun Takahashi博士寫(xiě)道。他也是幫助將iPSC分化為多巴胺能前體細(xì)胞的干細(xì)胞生物學(xué)家，這些細(xì)胞被用于植入到PD患者大腦中。他的太太，RIKEN發(fā)育生物學(xué)中心的Masayo Takahashi博士，生成了在這項(xiàng)臨床試驗(yàn)中使用的視網(wǎng)膜細(xì)胞。

       去年，有5名患者使用iPSC分化的視網(wǎng)膜細(xì)胞治療同樣的眼科疾病，這些iPSC細(xì)胞是從其它捐獻(xiàn)者中獲得的。其中一名患者出現(xiàn)了對(duì)移植體的嚴(yán)重但不致命反應(yīng)，迫使醫(yī)生摘除移植體。

       更多的臨床試驗(yàn)即將開(kāi)展。明年，心臟外科醫(yī)生們計(jì)劃將由iPSC分化形成的心肌細(xì)胞組織移植到3名心臟病患者的心臟中，Takahashi博士計(jì)劃在2022年之前再治療6位PD患者。這些研究都處于臨床試驗(yàn)的最早期。“現(xiàn)在對(duì)我們的臨床試驗(yàn)做出任何判斷都為時(shí)過(guò)早。”Takahashi博士說(shuō)。

       在有些研究人員等待臨床試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)驗(yàn)證iPSC是否具有再生療法潛力的同時(shí)，另外一些學(xué)者正在大幅度推動(dòng)臨床前研究，開(kāi)發(fā)出更多使用它們治療疾病的方法。例如，加州大學(xué)洛杉磯分校的干細(xì)胞生物學(xué)家April Pyle博士最近開(kāi)發(fā)出一種可能用于治療杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（DMD）的療法。這是一種由于編碼抗肌萎縮蛋白的基因出現(xiàn)變異而導(dǎo)致的嚴(yán)重疾病。她和她的同事使用CRISPR-Cas9技術(shù)在人類iPSC中修復(fù)了產(chǎn)生突變的基因，然后將它們分化成為骨骼肌細(xì)胞，并且將這些細(xì)胞注射到抗肌萎縮蛋白缺失的小鼠肌肉中。“我們能夠在肌肉的局部區(qū)域恢復(fù)抗肌萎縮蛋白的表達(dá)。”她解釋道。

       “我認(rèn)為這才是開(kāi)始，”Pyle博士說(shuō)：“我覺(jué)得我們終于將要看到以前辛勤工作帶來(lái)的成果，在這些最初的臨床試驗(yàn)之后將會(huì)有許多后續(xù)的臨床試驗(yàn)。”

       克服進(jìn)入臨床研究面對(duì)的挑戰(zhàn)

       如今，研究人員已經(jīng)找出將iPSC誘導(dǎo)分化成為大多數(shù)已知細(xì)胞類型的方法。但是讓這些細(xì)胞能夠在新的組織環(huán)境中承擔(dān)成熟細(xì)胞的功能是需要克服的另一個(gè)問(wèn)題。例如在心臟中，研究人員發(fā)現(xiàn)新的干細(xì)胞需要與其它細(xì)胞在電生理特征方面達(dá)成一致。在細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境下對(duì)人類iPSC分化的心肌細(xì)胞的研究表明，對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行電刺激，讓它們?cè)诎l(fā)育的過(guò)程中產(chǎn)生收縮，會(huì)讓細(xì)胞更快成熟，意味著它們可能更能夠承擔(dān)在體內(nèi)需要面對(duì)的工作量。

       如何整合新細(xì)胞，讓它們能夠在受傷或疾病組織中生存是另一個(gè)問(wèn)題。“你需要一個(gè)特別的基質(zhì)么？它是水溶膠，還是一個(gè)補(bǔ)丁，還是一個(gè)類器官？如何能夠讓這些細(xì)胞長(zhǎng)期生存？”Rehman博士問(wèn)道：“這是我們?cè)谒衅鞴僦卸紩?huì)遇到的挑戰(zhàn)。”

       研究人員已經(jīng)在使用猴子模型來(lái)評(píng)估移植過(guò)程的效率，Takahashi博士解釋道。去年，他的團(tuán)隊(duì)證明，在猴子模型中，人類iPSC分化的多巴胺能神經(jīng)元能夠穩(wěn)定地整合到已有的大腦組織中，這些細(xì)胞能夠生成多巴胺并且最終可以改善類似PD的癥狀。

       另一個(gè)移植iPSC生成組織的挑戰(zhàn)是這些細(xì)胞可能觸發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。這一風(fēng)險(xiǎn)一直存在，因?yàn)檫@些細(xì)胞是從增殖能力非常強(qiáng)的細(xì)胞中分化而來(lái)。為了預(yù)防這一風(fēng)險(xiǎn)，Takahashi博士和他的同事們對(duì)移植細(xì)胞進(jìn)行嚴(yán)密篩選，過(guò)濾掉那些未分化，最可能過(guò)度增殖的細(xì)胞。同時(shí)他們會(huì)將這些細(xì)胞植入到小鼠身上，檢測(cè)它們生成腫瘤的可能性。

       然而，“我們無(wú)法完全消除腫瘤生成的可能性。” 慶應(yīng)義塾大學(xué)（Keio University）的婦科教授Tetsuo Maruyama博士說(shuō)。因此，他認(rèn)為這些手術(shù)應(yīng)該聚焦于非必需器官，例如眼睛或者子宮。他最近成功地從iPSC中分化出健康的子宮細(xì)胞，計(jì)劃用這些細(xì)胞來(lái)研究子宮內(nèi)膜異位的機(jī)理，并且生成人類子宮內(nèi)膜在臨床使用。

       另一個(gè)研究人員經(jīng)常關(guān)注的問(wèn)題是患者在接受由其它供體產(chǎn)生的iPSC時(shí)需要使用免疫抑制藥物。例如，Takahashi博士的PD患者在長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間里需要使用免疫抑制藥物，這可能讓他們抵抗感染和癌癥的能力下降。雖然存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)，很多研究人員仍然選擇使用同種異體的干細(xì)胞，主要原因是這一策略在擴(kuò)大化生產(chǎn)時(shí)可以節(jié)省時(shí)間、成本、和人力。

       “即用”型iPSC的優(yōu)勢(shì)

       開(kāi)發(fā)“即用”型iPSC療法對(duì)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都具有很大的吸引力。例如，澳大利亞的生物技術(shù)公司Cynata Therapeutics最近完成了一項(xiàng)1期臨床研究，使用iPSC分化生成的間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)治療移植物抗宿主?。℅VHD）。這種疾病在骨髓移植手術(shù)后發(fā)生，供體的免疫細(xì)胞認(rèn)為受體細(xì)胞是外來(lái)物，并且對(duì)它們進(jìn)行攻擊，這往往會(huì)造成患者死亡。但是間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化成熟為一系列不同的細(xì)胞類型，抑制供體T細(xì)胞的增殖和激活，Cynata公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)副總裁Kilian Kelly博士說(shuō)。

       這項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)靜脈注射到15名GVHD患者體內(nèi)，這些患者對(duì)類固醇療法沒(méi)有響應(yīng)，預(yù)后情況非常糟糕。雖然現(xiàn)在評(píng)估療效還為時(shí)過(guò)早，但是Kelly博士表示，他很高興看到其中14名患者的病情得到了顯著改善，這是一個(gè)好兆頭。更便捷的是，免疫排斥對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)說(shuō)不是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儾槐磉_(dá)觸發(fā)免疫排斥的特異性抗原。“這意味著我們可以使用從單一iPSC庫(kù)中獲取的細(xì)胞來(lái)治療幾乎所有人。”Kelly博士說(shuō)。

       這也是多個(gè)機(jī)構(gòu)在開(kāi)發(fā)可以用來(lái)大規(guī)模開(kāi)發(fā)再生療法的iPSC細(xì)胞庫(kù)的原因之一。例如，日本政府決定投資2.5億美元來(lái)開(kāi)發(fā)iPSC庫(kù)存，幫助生物醫(yī)學(xué)研究。捐獻(xiàn)這些細(xì)胞的志愿者經(jīng)過(guò)精心篩選，包括了不同種類的常見(jiàn)人類白細(xì)胞抗原（HLA）類型。這樣，這些細(xì)胞和人群中的大多數(shù)人都具有免疫相容性。在進(jìn)行移植時(shí)，患者可能只需要少量的免疫抑制。這是在使用患者特異性細(xì)胞和從隨機(jī)供體中獲得的細(xì)胞之間的折中方案。

       綜合來(lái)看，這些細(xì)胞能夠與日本人口中70%的人群免疫相容。對(duì)于像美國(guó)這樣的遺傳背景復(fù)雜的國(guó)家來(lái)說(shuō)可能更為困難，但是研究人員已經(jīng)開(kāi)始向這個(gè)方向努力。一家位于威斯康辛的名叫Fujifilm Cellular Dynamics的公司正在試圖開(kāi)發(fā)一個(gè)iPSC細(xì)胞庫(kù)，它可以與大部分美國(guó)人口相匹配。

       在這些努力繼續(xù)進(jìn)行的同時(shí)，世界各地的研究人員仍在研究將這些細(xì)胞應(yīng)用于臨床的細(xì)節(jié)。“我們離臨床應(yīng)用越接近，對(duì)需要解決的挑戰(zhàn)的認(rèn)知就越清晰，”Rehman博士說(shuō)：“我認(rèn)為這是科學(xué)發(fā)現(xiàn)非常正常的過(guò)程。”

       參考資料：

       [1] Increasing Number of iPS Cell Therapies Tested in Clinical Trials. Retrieved December 4, 2018, from https://www.the-scientist.com/news-opinion/increasing-number-of-ips-cell-therapies-in-clinical-trials--65150